正输出和负输出DC-DC转换器使用相同的合格器件

制造商降低电子元件成本的一种相对简单的方法是将相同的设计或元件用于不同的应用。成本节约不仅体现在明显批量采购相同零件上，还体现在最大限度地减少了所需的认证流程数量。资格认证对于运输行业尤其重要，尤其是对汽车制造商而言。通常，这是一个昂贵的过程，涉及测试设备的坚固性、可靠性和使用寿命。

本文介绍如何在两种截然不同的拓扑中使用相同的元件（IC控制器和动力传动系）：公共降压转换器和反相降压-升压转换器。通过专门检查反相降压-升压输出端的反向电压波动，以及在这种拓扑中使用最便宜的极化电容器的方法，探讨了反相降压-升压转换器的元件要求。因此，提出了一种简单且经济高效的解决方案，用于使用相同的IC设计正降压和负降压-升压转换器。

正输出，降压转换器

正输出降压转换器的电气原理图如图1所示。转换器产生稳定的V外5 V，15 A 从输入电压 V在范围为 5 V 至 38 V。动力传动系包括调制（高端）MOSFET Q1 和 Q2、整流（低侧）MOSFET Q3 和 Q4、电感器 L1、电解和陶瓷输入滤波电容器 C 的组合合1和 C合2，以及用于输出滤波器和控制器的类似电容器组合。

图1.带V的降压降压转换器的电气原理图在5 V 至 38 V 和 V外5 V，15 A。

电阻器 RS如果采用峰值电流模式控制器，则可用作电流检测元件，或在电压模式控制中用作短路保护电路的一部分。输入电容C合1和 C合2终止于 GND;但是，可选的 C合3和 C合4端接至输出，并用于负降压-升压解决方案。

降压转换器的功能经过广泛研究，易于获得。在本文中，我们只是简要说明动力传动系组件上的电压和电流应力。它与新设计中组件的初步选择和现有解决方案的粗略评估有关。假设连续导通模式 （CCM） 操作，可以使用以下表达式。

负输出、负降压-升压转换器

图2所示的负降压-升压转换器原理图与图1中的降压转换器原理图类似。值得注意的是，两者都使用相同的组件来提供动力传动系、互连和控制器。控制器的接地、开关 MOSFET 和输入/输出滤波器存在差异。这些反相转换器元件的接地为 –V外.电感L1端接至系统（输入）地。

图2.带V的反相降压-升压转换器的电气原理图在2 V 至 33 V，V外–5 V，15 A，启动输入电压+5 V。

与降压转换器不同，电容器C合3和 C合4在此解决方案中不是可选的;它们充当输入过滤器。电容器 C合1和 C合2V之间的交流滤波器在和 –V外铁轨。以下表达式可用于估计假设 CCM 操作的动力传动系组件上的应力。

转换器功能和测试

有大量文献涵盖了这两种转换器的基本甚至高级功能。1在本文的其余部分，我们将研究很少讨论的因素。

首先，降压拓扑和降压-升压拓扑之间的输出滤波器功能存在根本差异。在降压配置中，电感器硬连线至输出滤波器，以CCM为单位提供连续输出电流。与降压拓扑不同，降压-升压拓扑不仅将电感连接到输出端。在Q1/Q2导通时间内，电感L1与输出滤波器断开，输出滤波器电容是负载的唯一能量来源。因此，必须有足够的输出电容来吸收不连续的输出电容电流并支持指定的输出电压纹波。

负降压-升压拓扑以及实际上大多数反相拓扑都有一个缺点。启动时，输出滤波器处有一个反向电压摆幅，幅度不超过一个二极管压降，如图3所示。这种短暂的反向电压是由于控制器的工作电流通过正向偏置二极管流向系统地造成的。极化电容器上反向电压的存在乍一看似乎是不可接受的。因此，一些设计人员从输出滤波器中消除极化电容器，转而使用纯陶瓷电容器。这种方法还会产生与陶瓷电容器的尺寸、成本和直流偏置相关的其他问题。然而，在反相降压-升压应用中也可以使用极化电容器，但有一些限制。指南因供应商而异，有关此类建议的示例，请参阅聚合物、钽和氧化铌电容器：应用指南。2

图3.具有启动波形的反相降压-升压转换器。通道 2 的 V在为 5 V/格，而通道 3 的 V外为 0.5 V/格，时间刻度为 2 ms/格。

图1和图2所示的转换器经过全面测试和评估。它们的效率如图4所示。为了通过低引脚数和宽输入电压范围简化设计，使其适用于多种解决方案，在这两种情况下都使用了LTC7803高级控制器。评估板DC2834A用作验证两种应用的基础（经过一些修改）。为了降低EMI，可以采用该控制器的扩频功能。图5显示了降压DC2834A转换为反相降压-升压的照片。

图4.图1和图2中转换器的效率（V在12V，自然对流冷却，无气流）。

图5.DC2834A 从原始的现成降压转换器转换为反相降压-升压转换器。

结论

本文介绍了一种将相同控制器和多个相同元件用于正降压和负降压-升压转换器的方法。通过这种方式，可以降低合格组件的成本。通过使用需要最少数量的动力传动系组件并支持同步整流的控制器，可以进一步降低成本，从而实现高效、低EMI、宽输入电压范围的解决方案。

审核编辑：郭婷